6月5日上午10点44分07秒,长征二号F遥十四运载火箭冉冉升空,载着神舟十四号和3名航天员飞赴太空。
长征二号F遥十四运载火箭
如果你仔细观察就会发现,长征二号F火箭的最顶端有一根长长的“避雷针”。作为中国载人航天工程的“专车”神箭,长征二号F火箭为什么要装一根“避雷针”呢?其他型号的火箭为什么没有?
如果说是为了避雷,那么装一根“避雷针”就有点多此一举了,因为火箭发射的时间窗口都会选择天气晴朗的时候,主动避开雷电暴雨等恶劣天气,甚至有风的天气都会尽量避开。
既然不是为了避雷,那么这根“避雷针”到底起到什么作用呢?
这就要从我国的载人航天“三步走”计划说起了。1992年,经过多年的周密论证,我国决定实施代号为“921工程”的载人航天工程,确定了“三步走”的发展战略。
载人航天工程是一项极为复杂的系统性工程,立项时不仅要考虑运载能力和入轨精度等性能指标,还要将可靠性、安全性指标作为最重要的设计参数。我们确定的设计目标是可靠性不低于0.97、安全性不低于0.997。
然而,当时我们并没有专门用于载人航天发射任务的火箭。所以,我们就在长征二号E捆绑火箭的基础上,按照发射载人飞船的要求,以提高可靠性、确保安全性为目标研制了一枚运载火箭,即长征二号F运载火箭。该火箭由4个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成。火箭首次采用垂直总装、垂直测试和垂直运输的“三垂”测试发射模式。
长征二号F火箭全程参与了我国载人航天工程“三步走”战略的每一步,总计执行了10多次发射任务,其中包括发射5艘无人飞船、2个空间实验室和8艘载人飞船,每一次都取得圆满成功,将13名、20人次航天员送入太空,任务发射成功率100%。事实上,该型火箭在经过多次技术改进之后,其可靠性已经提升到了0.9894。
与其他国家的火箭相比,长征二号F运载火箭在设计上最突出的特点是增加了故障检测处理系统和逃逸系统。为什么要增加这两个系统呢?因为在人类航天史上曾有过一段惨痛的经历。
1986年1月28日,美国“挑战者”号载人飞船在佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射升空。由于右侧固态火箭推进器上面的一个O形环失效,并且导致一连串的连锁反应,“挑战者号”在升空后73秒后,在空中爆炸解体坠毁,7名宇航员无一生还。
从那以后,世界各国的火箭设计专家才意识到逃生系统的重要性。
不过,作为事件亲历者的美国人,却没有接受教训,他们仍然固执认为美国的飞船很安全。
2014年10月27日,美国航天局安塔尔火箭在升空6秒后发生爆炸。该火箭原本负责发射向国际太空站进行补给服务的载运飞船——天鹅座宇宙飞船。曾担任美国宇航局太空船项目经理的黑尔说:“我们证实了,太空船上没有发射逃逸系统是个错误……因此目前正进行大量工作,要在'猎户座’太空船上建造一个发射逃逸塔。”
我们的长征二号F火箭,从设计之初就取消了其他火箭一旦姿态不稳便自动自毁的功能,配备了自动故障检测处理系统和逃逸系统。
这两套系统的运作方式是这样的:在飞船待发射阶段和上升阶段,自动故障检测处理系统会对整个火箭进行故障检测,一旦发现火箭有问题就会自动报警。如果此时航天员正在塔架上尚未进舱,他们可以就近跳进塔架上的逃逸布袋,逃逸布袋是用一种弹力很强的特殊帆布做成的,航天员跳进去后用四肢的阻力来控制下降的速度,像乘软滑梯一样从上面一直滑到地下室的安全地区。
如果航天员已经进舱,甚至火箭已经点火升空,这时就要启动逃逸系统了。安装在长征二号F火箭上的逃逸系统其实就是一个长达8米的逃逸塔,从远处看就像是装在火箭上的一根避雷针。逃逸塔由塔架、逃逸发动机和分离发动机组成。当发生紧急情况时,逃逸发动机迅速点火,使航天员座舱(返回舱)与固体火箭分离,迅速脱离危险区,然后分离发动机启动,将座舱与塔架分开。
逃逸塔
逃逸塔可以在几十毫秒内瞬间点火,将航天员乘坐的轨道舱和返回舱拽出,距离故障约1.5公里之外,并利用回收系统实现安全着陆。
不过,逃逸塔并不是随时随地都能发挥作用的,它只能在火箭起飞前900秒到起飞后160秒的时间段内、飞行高度在0~110千米时发挥作用。为什么是110千米之内呢?
因为这个高度一般认为是外太空与地球大气层的分界线,叫卡门线。
安装在长征二号F运载火箭顶部的逃逸塔,与传统的分离方式相比,具有以下几个特点:
一是逃逸塔分离为向前分离;二是逃逸塔分离时芯级仍处于工作状态,具有较大的过载;三是逃逸塔分离时在低空进行,空气阻力较大,需要考虑空气阻力的影响;四是由于逃逸塔与火箭沿同一轨道飞行,并且火箭仍在加速运动,为防止逃逸塔与火箭相碰撞,在逃逸塔上增加了偏航控制发动机。
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